Estudo de cerâmicas Bi0,85La0,15FeO3 sintetizadas sob condições extremas

Abstract

Resumo: Para a confecção de amostras cerâmicas nanoestruturadas e monofásicas na forma de pó de Bioss Lao.15 FeO, foi utilizado o método de moagem em altas energias combinado com sinterização rápida (fast firing) seguida de criomoagem. Os pós obtidos apresentam tamanho médio de cristalito de 45 nm com micro strain próximo a 0,5%, sua estrutura revela a coexistência das fases romboédrica (R3c) e ortorrômbica (Pnam) do composto Bi-La, FeOs e sua microestrutura revela aglomerados compostos por partículas nanométricas de morfologia preferencialmente esférica. Suas curvas de magnetização apresentam um forte componente não linear indicando a quebra/supressão da ciclóide de spins ( 62 nm) característica da ferrita de bismuto, valores de 0,289 emu/g à 15 kOe foram atingidos. Para a confecção do corpo cerâmico via Spark Plasma observou-se que a temperatura de 700°C foi a qual ocorreu a melhor intensificação das propriedades elétricas e magnéticas, na qual a densidade obtida foi de 7,89 g/cm3 (97,52%), sua morfologia é característica de uma amostra densa e apresenta baixa porosidade, notou-se também um aumento no micro strain chegando à 1,09% e uma redução no tamanho médio de cristalito chegando à 22 nm. Tratamentos térmicos em atmosfera positiva de oxigênio foram realizados para intensificar as propriedades elétricas da amostra. Sua resistividade aumentou em duas ordens de grandeza chegando à 2,19 x 101 Nem, enquanto a constante dielétrica encontrada no intervalo de frequências de 1 kHz à 2 MHz se encontra entre 172 e 157, com perdas variando de 2,7% à 1,9%. As curvas de magnetização em função do campo aplicado refletem a diminuição do tamanho médio de cristalito e aumento do micro strain. sua componente não-linear é intensificada e sua magnetização máxima é melhorada chegando a um valor de 0,377 emu/g para 15 kOe. As curvas de polarização em função do campo elétrico refletem o aumento na resistividade e perdem parte do seu aspecto arredondado, chegando a apresentar 2,04 C/em? de polarização à um campo de 53 kV/cm. Através do conjunto de técnicas utilizadas foi possível obter um panorama geral das propriedades estruturais, microestruturais, magnéticas, elétricas e ferroelétricas das amostras obtidas. Obteve-se amostras cerâmicas densas e nanoestruturadas utilizando a criomoagem e sinterização por Spark Plasma. Os resultados observador após a sinterização por SPS mostram uma grande redução do tamanho médio de cristalito e um grande aumento no micro strain, essas mudanças refletiram na resposta magnética do material na forma de aumento do magnetização à 15 kOe e mudança no aspecto da curva de magnetização. Através do processo de reoxidação foi possível melhorar de forma significativa as propriedades elétricas e ferroelétricas ao preencher as vacâncias de oxigênio presentes devido à sinterização por Spark Plasma.

Abstract: For the confection of nanostructured single-phased Bio,85 Lao,15 FeO powders samples it was used a high energy ball milling method combined with fast firing sintering followed by cryomilling. The obtained powder shown crystallite size of 45 nm with micro strain close to 0,5%, its structure reveal the coexistence of the romboedric (R3c) and ortor-rombic (Pnam) phase of the Bi1-xLax Fe and its microstructure reveal agglomerates composed of nanometric particles of preferably spherical morphology. Powder magnetization curves present a strong nonlinear component indicating the break/suppression of the characteristic spins cycloid ( 62 nm) of bismuth ferrite, values of 0, 289 emu/g at 15 kOe were achieved. For the preparation of the ceramic body via Spark Plasma sintering it was observed that the temperature of 700 °C was the one that better enhanced the electrical and magnetic properties, in which the density obtained was 7.89 g/ cm' (97,52%, its morphology is characteristic of a dense sample and presents low porosity, it was also noticed an increase in the micro strain reaching 1.09% and a reduction in mean crystallite size reaching 22 nm. Thermal treatments in positive oxygen atmosphere were carried out to intensify the electrical properties of the sample, its resistivity increased by two orders of magnitude reaching 2.19 x 1011 Nem, the dielectric constant found in the frequency range of 1 kHz to 2 MHz is between 172 and 157, with losses ranging from 2.7% to 1.9%. The magnetization curves as a function of the applied magnetic field reflect the decrease of the mean crystallite size and increase of the micro strain, its nonlinear component is intensified and its maximum magnetization is improved to a value of 0.377 emu/g at 15 kOe. The polarization curves as a function of the electric field reflect the increase in re-sistivity and lose part of their rounded appearance, reaching 2, 04 /C/cm? of polarization at 53 kV/cm. Through the set of techniques used it was possible to obtain an overview of the structural, microstructural, magnetic, electrical and ferroelectric properties of the samples obtained, during SPS sintering there was a large reduction in mean crystallite size and a large increase in micro strain, these changes reflected in the magnetic response of the material in the form of increase of the magnetization and change in the aspect of the magnetization curve, through the reoxidation process it was possible to significantly improve the electric and ferroelectric properties when filling the oxygen vacancies present due to the sintering by Spark Plasma.